Исследователи из Университета Окаяма сообщают в Journal of Neuroscience, что определенный белок, который, как известно, играет важную роль в циркадной ритмичности – внутреннем 24-часовом биологическом цикле человека, – также является ключом к правильному функционированию мозга. Полученные данные могут улучшить понимание неврологических заболеваний и направить разработку будущих методов лечения.
Пациенты, страдающие психическими или неврологическими заболеваниями, часто имеют нерегулярный сон. Фактически считается, что нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, вызваны нарушенной биологической реакцией на цикл день / ночь (.k.а. циркадный ритм). Группа исследователей под руководством Такеши Такарада из Университета Окаяма выявила связь между нарушением циркадного ритма и дисфункцией мозга. Ученые показали, что белок Bmal1, который, как известно, играет важную роль в циркадной ритмичности, также регулирует стабильность гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), полупроницаемой мембраны в головном мозге, которая отделяет кровь от другой внеклеточной жидкости.
Такарада и его коллеги сделали свое открытие, изучив функцию Bmal1 у трансгенных мышей с зеленым флуоресцентным белком (GFP). Введение GFP – это широко используемый биомедицинский метод для получения изображений флуоресцентной микроскопии – в данном случае мозга мышей. Во-первых, исследователи обнаружили, что делеция молекул Bmal1 приводит к повышенной активности астроцитов, типа клеток в головном мозге, которые обеспечивают биохимическую поддержку ГЭБ. Затем они заметили, что дефицит Bmal1 приводит к более высокой, чем обычно, проницаемости ГЭБ из-за дисфункции перицитов. Перициты – это клетки, необходимые для поддержания нормальной функции ГЭБ; они регулируют капиллярный кровоток.
Что касается происхождения дисфункции перицитов, вызывающей снижение целостности ГЭБ, ученые смогли показать, что делеция Bmal1 влияет на экспрессию белков рецептора фактора роста тромбоцитов β (PDGFRβ) в перицитах, что приводит к снижению покрытия перицитами. кровеносных сосудов в головном мозге. Было обнаружено, что это сокращение охвата зависит от возраста.
Работа Такарады и его коллег четко устанавливает связь между циркадными ритмами и физиологической стабильностью ГЭБ: Bmal1 участвует в обоих. Поэтому ученые пришли к выводу, что "… Bmal1 может представлять новую цель для открытия и разработки методов лечения многих нейродегенеративных и / или психических расстройств, связанных с нарушением целостности ГЭБ."
Биологический процесс, демонстрирующий естественный периодический цикл в 24 часа – земной день – называется циркадным ритмом. Механизм, лежащий в основе таких процессов, наблюдаемый у растений, животных, грибов и некоторых видов бактерий, называется циркадными часами. У людей нарушения циркадного ритма связаны с психическими заболеваниями, такими как биполярное расстройство и нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.
Важным молекулярным компонентом механизма циркадных часов является мозг и мышечный арил-углеводородный рецептор, ядерный транслокатор-подобный белок 1 (Bmal1); регулирует определенные биохимические процессы в 24-часовом цикле.
Такеши Такарада и его коллеги изучили роль Bmal1 в функции мозга и обнаружили, что снижение уровня Bmal1 влияет на правильное функционирование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), устанавливая связь между нарушениями циркадного ритма и неврологической патологией.
BBB
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой полупроницаемую мембрану, отделяющую кровь, циркулирующую в головном мозге, от другой жидкости в центральной нервной системе. Он регулирует прохождение воды, определенных газов и молекул, таких как глюкоза и аминокислоты, необходимых для нервной функции. Правильно функционирующий ГЭБ состоит из трех определенных типов клеток: астроцитов, эндотелиальных клеток и перицитов. Изучая мышей с пониженным содержанием Bmal1, Такарада и его коллеги обнаружили гиперактивность астроцитов и дисфункцию перицитов, при этом последняя нарушает целостность ГЭБ.